Спосіб дозованого розділення іонів в розчинах

Винахід відноситься до області тонкої хімічної технології, а саме до розділення іонів з близькими фізико-хімічними властивостями і може бути використаний, зокрема, для дозованого розділення іонів у розчинах. В практиці широко застосовують способи розділення іонів у водних розчинах неорганічних електролітів, які основані на сорбції іонів на іонообмінних смолах з подальшим їх вимиванням з цих смол. Крім того, існує аналогічний спосіб, в якому розділення іонів відбувається в р ухомих поверхневих плівках товщиною 10-6м, що розпадаються на краплини (Koske Ρ.Η., Martin H. Ion fractionation at the surface of aqueous inorganic solt solutions by means of a "film centrifuge". - J. geophys. res., 1972, v. 77, №27). Вміст іонів в краплинах перевищує їх концентрацію в первинному розчині. Недоліками першого з цих способів є необхідність регенерації іонообмінних смол і значні енерговитрати, а другого - неможливість дозованого розділення іонів, спонтанність утворення краплин, дуже широкий діапазон розмірів краплин в наслідок чого низька ефективність процесу розділення іонів. Найбільш близькими по технічній суті є способи, в яких краплини формуються із тонкого поверхневого шару при розриві пухирців при барботажі газу через розчин, що містить аніони і катіони (див, наприклад, а.с. СРСР №334992, по класу B01d29/04,1972p.). Поверхневий шар розчину містить слабо гідратовані іони, тому і краплини накопичують саме ці іони. Суттєвим недоліком цих способів є неможливість дозованого розділення слабо гідратованих іонів у розчинах, тому що при барботажі одержують краплини, які дуже відрізняються за розмірами. Враховуючи, що краплини утворюються із тонкого поверхневого шару при розриві пухирців, а товщина іонного дифузного поверхневого шару при заданій концентрації розчину є стала величина, маємо що концентрація іонів в краплинах суттєво залежить від їх розміру. Спонтанність утворення краплин при барботажі приводить до низької ефективності процесу розділення іонів. Крім того, при барботажі краплини незначні за розмірами і тому неможливо колотити потрібну кількість рідини для повторного барботажу практично і подальше збільшення концентрації іонів у розчині. Задача, яку вирішує винахід, дозволяє збільшити ефективність процесу дозованого розділення іонів у розчинах. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що краплини утворюють однаковими за розмірами (монодисперсними), накопичують їх і потім процес утворення краплин із накопиченої рідини повторюють доки не одержать розчин з необхідною концентрацією іонів, причому розмір монодисперсних краплин та їх кількість можна змінювати. На фіг.1 зображена схема пристрою для реалізації запропонованого способу. На фіг.2 показана залежність надлишку аніонів у краплинах від їх діаметру при диспергуванні 105 Смоль/л розчину NaBr. Пристрій для здійснення способу (фіг.1) містить капіляр 1, кінець якого знаходиться у фіксованому положенню відносно кінця голки 2, з'єднаної з металевою пластинкою 3, під якою знаходиться електромагніт 4 на обмотку якого подають напругу з генератора низькочастотних сигналів 5. Капіляр 1 і другій кінець пластини 3 жорстко кріпиться у корпусі генератора 6. Збагачену іонами рідину накопичують у ємності 7. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. Розчин неорганічного електроліту заданої концентрації заливають у капіляр 1 і на обмотку електромагніту 4 подають напругу необхідної частоти і величини від генератора 5. При коливанні кінець голки 2 періодично занурюється у розчин в капілярі 1 і, при зворотному ході, кінець голки 2 витягує перемичку із рідини, з середньої частини якої утворюється краплина. Умови утворення кожної краплини однакові, тому всі краплини одержують однаковими за розмірами (монодисперсними). Частота утворення і розміри краплин залежать від конструктивних особливостей пристрою і можуть змінюватися в широкому діапазоні. В процесі утворення краплини внаслідок тангенційного розриву іонного подвійного шару на межфазній границі відбувається розділення іонів. Краплини збагачуються іонами одного знаку (аніонами), які утворюють поверхневий шар у розчині неорганічного електроліту, і накопичуються у ємності 7. Відповідно розчин в капілярі збагачується іонами протилежного знаку - катіонами. Внаслідок ідентичності процесу утворення краплин всі вони мають однаковий надлишок аніонів. Потім збагачену іонами рідину із ємності 7 заливають у капіляр 1 і процес утворення монодисперсних краплин повторюють. Останню дію повторюють стільки разів доки не дістануть розчин з необхідною концентрацією іонів. Приклад. При диспергуванні розчину NaBr (1-1 валентний електроліт) надлишок аніонів Вr- в краплинах прямо пропорційна квадрату їх діаметру (фіг.2, крива 1). Якщо розчин після первинного диспергування зібрати і залити знову в капіляр 1, процес розділення аніонів і катіонів посилиться (фіг.2, крива 2). Із порівняння кривих 1 і 2 маємо підвищення кількості іонів одного знаку в краплинах на 60-70%. Багаторазове повторення диспергування дозволяє досягти збагачення розчину іонами одного типу. Запропонований спосіб дозволяє підвищити ефективність процесу дозованого розділення слабо гідратованих іонів у розчинах та одержувати з дуже високою точністю розчини заданою концентрацією аніонів або катіонів (точність способу визначається кількістю іонів, що містить одна краплина). Крім того, на відміну від відомих способів, запропонований спосіб дозованого розділення іонів має більшу продуктивність і досить простий у виконанні. Для подальшого підвищення продуктивності розділення іонів можна застосовувати інші більш продуктивні пристрої, що створюють монодисперсні краплини.